常用三角恒等變換技巧師

2021-03-04 09:29:05 字數 4474 閱讀 4808

解答三角函式問題,幾乎都要通過恒等變換將複雜問題簡單化,將隱性問題明朗化。三角恒等變換的公式很多,主要有「同角三角函式的基本關係」、「誘導公式」、「和、差、倍、半形公式」、「輔助角公式(化一公式)」等,這些公式間一般都存在三種差異,如角的差異、函式名的差異和運算種類的差異,只有靈活有序地整合使用這些公式,消除差異、化異為同,才能得心應手地解決問題,這是三角問題的特點。下面從九個方面解讀三角恒等變換的常用技巧。

一、「角變換」技巧

角變換的基本思想是,觀察發現問題中出現的角之間的數量關係,把「未知角」分解成「已知角」的「和、差、倍、半形」,然後運用相應的公式求解。

例1 已知,,求的值。

【分析】考慮到「已知角」是,而「未知角」是和,注意到,可直接運用相關公式求出和。

【簡解】因為,所以,

又因為,所以,

,從而,. 原式=.

【反思】(1)若先計算出,則在計算時,要注意符號的選取;(2)本題的另一種自然的思路是,從已知出發,用和角公式展開,結合「平方關係」通過解二元二次方程組求出和. 但很繁瑣,易出現計算錯誤;(3)本題也可由,運用誘導公式和倍角公式求出。

例2 已知,其中,求證:

【分析】所給條件中出現的「已知角」是與,涉及的「未知角」是與,將三個角比較分析發現,,把「未知」角轉化為兩個「已知」角的代數和,然後用相關公式求解。

【簡證】

【反思】(1)以上除了用到了關鍵的角變換技巧以外,還用到了「弦化切」技巧.;(2)本題也可由已知直接求出與的關係,但與目標相差甚遠,一是函式名稱不同,二是角不同,所以較為困難;(3)善於發現所求的三角函式的角與已知條件的角的聯絡,是有效進行角變換的前提。常用的角變換關係還有:

,,,,,等.

二、「名變換」技巧

名變換是為了減少函式名稱或統一函式而實施的變換,需要進行名變換的問題常常有明顯的特徵,如已知條件中弦、切互動呈現時,最常見的做法是「切弦互化」,但實際上,誘導公式、倍角公式,平方關係也能進行名變換。

例1 已知向量,,求的定義域和值域;

【分析】易知,這是乙個「切弦共存」且「單、倍角共在」的式子,因此既要通過「切化弦」減少函式名稱,又要用倍角公式來統一角,使函式式更簡明。

【簡解】

由得,,

所以,.的定義域是,值域是.

【反思】本題也可以利用萬能置換公式先進行「弦化切」,變形後再進行「切化弦」求解.

例2 已知都是銳角,且,求的值。

【分析】已知條件中,等式的右邊是分式,符合和差解的正切公式特徵,可考慮「弦化切」,另一方面,若是「切化弦」,則很快出現待求式,與目標很近.

【簡解1】顯然時,,

因為都是銳角,所以,

所以,.

【簡解2】由得,,

設,則,

所以,,,即.

【反思】簡解1說明當分子分母都是同角的正弦、余弦的齊次式時,很容易「弦化切」;簡解2很巧妙,其基本思想是整體換元後利用平方關係消元.

三、「常數變換」技巧

在三角恒等變形過程中,有時需將問題中的常數寫成某個三角函式值或式,以利於完善式子結構,運用相關公式求解,如,,等.

例1 (1)求證:;(2)化簡:.

【分析】第(1)小題運用和把分子、分母都變成齊次式後進行轉化;第(2)小題實際上是把同乙個角的正弦、余弦的代數和化為熟悉的的形式,有利於系統研究函式的圖象與性質.

【簡解】(1)左邊=

.(2)原式=

【反思】「1」的變換應用是很多的,如萬能置換公式的推導,實際上是利用了把整式化成分式後進行的,又如例4中,也是利用了,把分式變成了整式.

四、 「邊角互化」技巧

解三角形時,邊角互動呈現,用正、餘弦定理把複雜的邊角關係或統一成邊,運用代數運算方法求解,或統一成角,運用三角變換求解.

例在中,分別為角的對邊,且2a sina = (2b+c) sinb + (2c+b) sinc,

(1)求角的大小;

(2)若,證明是等腰三角形.

【分析】本題的條件集三角形的六元素於一身,看似複雜,但等式是關於三邊長和三個角的正弦的齊次式,所以可用正弦定理把「角」化為邊或把邊化為「角」來求解。

【簡解】(1)(角化邊)由正弦定理得,

整理得,,

所以,因為,所以.

(2)法一:(邊化角)由已知和正弦定理得,

即,從而,

又,所以.

所以,是等腰三角形.

法二:由(1)知,,代入得,

,所以,,

所以,,是等腰三角形.

【反思】第(1)小題「化角為邊」後,把已知條件轉化為邊的二次齊次式,符合餘弦定理的結構,第(2)小題的法一之所以「化邊為角」,是因為不易把條件化為邊的關係,而把條件轉化為邊的關係卻很容易;法二的基本思路是消元後統一角,再利用「化一公式」簡化方程.

五、「公升降冪變換」技巧

當所給條件出現根式時,常用公升冪公式去根號,當所給條件出現正、余弦的平方時,常用「降冪」技巧,常見的公式有:,,,可以看出,從左至右是「冪公升角變半」,而從右至左則是「冪降角變倍」.

例1 化簡:

【分析】含有根號,需「公升冪」去根號.

【簡解】原式=

因為,所以,,

所以,原式.

例2 求函式,的最大值與最小值.

【分析】函式式中第一項是正弦的平方,若「降冪」後「角變倍」,與第二項的角一致..

【簡解】

. 又,,即,

.【反思】以上兩例表明,「公升降冪技巧」僅僅是解題過程中的乙個關鍵步驟,只有有效地整合各種技巧與方法才能順利地解題。如例7中用到了常數「變換技巧」,例8中用到了「輔助角」變換技巧.

六、 「公式變用」技巧

幾乎所有公式都能變形用或逆向用,如,,等,實際上,「常數變換」技巧與「公升降冪」技巧等也是一種公式變用或逆用技巧.

例1 求值:(1);

(2)。

【分析】第(1)小題中,除是特殊角外,其他角成倍角,於是考慮使用倍角公式;第(2)小題中兩角差為,而是兩角差的正切值,所以與兩角差的正切公式有關。

【簡解】(1)原式=。

(2)原式==。

【反思】第(1)小題的一般性結論是:.

例2 求證:。

【分析】左邊通項是兩角正切的積,且兩角差為定值,而在正切的和、差角公式中出現了兩角正切的積,可嘗試.

【簡證】因為,

所以,左邊==

【反思】這裡通過「角變換」和公式變形得出裂項公式,然後累加消項,這也是數列求和的一種常見技巧.

七、「輔助角變換」技巧

通常把叫做輔助角公式(也叫化一公式),其作用是把同角的正弦、余弦的代數和化為的形式,來研究其圖象與性質. 尤其是當,,時,要熟記其變換式,如,等.

例求函式的值域.

【分析】初看此題,似無從下手,若把分式變成整式,就出現了,然後利用三角函式的有界性建立關於y的不等式.

【簡解】由得,所以,

從而,其中輔助角由,決定.

所以,由解得.

【反思】(1)解答本題的方法很多,比較多用的方法是模擬斜率計算公式,把問題轉化為直線斜率問題,也有用萬能置換後,轉化為分式函式求解的.(2)輔助角公式的形成,也可以看成是「常數變換」的結果. 事實上, =,可設,再進行「切化弦」變換,就得到了「化一公式」..

八、 「換元變換」技巧

有些函式,式子裡同時出現(或)與,這時,可設(或),則(或),把三角函式轉化為熟悉的函式來求解.

例1 求函式的值域.

【分析】同時出現與時,可用.

【簡解】設,因為,,所以,

又由得,,

所以,,

由得,.

【反思】(1)本題若不換元,則需要用到「添、湊、配」技巧,而怎樣進行「添、湊、配」,則是因題而異,無明顯特徵.;(2)引進「新元」後,一定要說明「新元」的取值範圍;(3)平方關係的變式應用廣泛,如在解答命題「已知,是方程的兩根,求的值.」時,關鍵步驟是在運用韋達定理後,利用變式消元後求解。

例2 求證:。

【分析】所證等式中每個分式與兩角差的正切相似,而所證等式與三角形中的結論

相似,從而嘗試換元,利用三角知識證代數問題。

【簡解】設,因為,

所以,,

變形整理得

所以,即, 【反思】本題解法也體現了模擬思維的作用,若用常規方法處理,則運算十分繁瑣.

九、 「萬能置換」技巧

「萬能置換」技巧,實際從屬於「名變換」技巧,其特徵是用半形的正切值表示原角的正弦、余弦與正切.

例討論函式的最大值與最小值.

【分析】本題可通過求導或利用基本不等式求解. 但模擬函式式的結構與萬能置換公式相同,於是問題得到轉化.

【簡解】設,則,

當且僅當也就是時,,

當且僅當也就是時,.

【反思】(1)當問題條件中出現單角的正切與倍角三角函式問題時,可考慮使用萬能置換公式;(2)運用萬能置換技巧既可以把代數問題轉化成三角函式問題,也可以把三角問題轉化為代數問題,如例11中,可設,則,即

,然後可用判別式法求解.

最後還要指出,這裡介紹的所謂技巧只是解決問題時關鍵步驟的一種特定的做法,每乙個問題的解決常常伴隨著幾種技巧的綜合運用,所以,只有準確理解三角公式的內在關係及其基本功能,善於發現問題中角、名、結構的差異,準確地選擇轉換策略,化異為同,才能準確有效地運用三角恒等變換的常用技巧解決問題.

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解析由題意,得sin cos 3 所以cos 2 cos 2 2cos2 1 1 2cos2 答案 b 解析 s acsinb 2,1 c sin 45 2.c 4.b2 a2 c2 2accos b 1 32 2 1 4 cos 45 b2 25,b 5.答案 a 解析由sin acos a si...